In Univers la ora actuala antimateria este extrem de rara; acesta este un mister care are nevoie de o explicatie, tinand cont de faptul ca oamenii de stiinta cred ca imediat in momentul Big Bangului materia si antimateria au fost generate in cantitati egale. Unde a disparut antimateria? Are aceasta disparitie o legatura cu bosonul Higgs recent descoperit la marele accelerator LHC de la Geneva? Noi masuratori care vor fi efectuate la LHC incepand din acest an vor studia aceasta interesanta ipoteza.

Ce anume este antimateria? Cea care, de exemplu, reprezinta un adevarat pericol in cartea „Ingeri si Demoni” a lui Dan Brown. Antimateria este analogul materiei, fiind insa alcatuita din antiparticule. Acestea la randul lor sunt asemanatoare particulelor insa au sarcina electrica opusa. Antiparticula electronului de exemplu, antielectronul (numit si pozitron) are aceeasi masa ca si electronul insa sarcina electrica pozitiva. In momentul in care particulele (materia) se intalnesc cu antiparticulele (antimateria) are loc asa-numitul fenomen de anihilare – in care intreaga energie a sistemului (inclusiv masa) se transforma mai intai intr-o „minge de foc” care in starea finala da nastere fotonilor sau a unor alte particule si antiparticule.

Se crede ca in momentul Big Bangului, deci cand Universul nostru a luat nastere cantitatea de materie produsa era egala cu cea a antimateriei. Unde a disparut atunci antimateria? La ora actuala in Univers nu exista dovezi ale existentei antimateriei in cantitati consistente; pe Pamant avem antimaterie generata ori la acceleratoarele de particule (in cantitati infime) ori in urma interactiunilor razelor cosmice cu atomii din atmosfera terestra.

Daca antimateria nu ar fi disparut este foarte probabil ca nici noi sa nu fi existat la ora actuala; un Univers cu cantitati egale de materie si antimaterie nu ar putea duce la aparitia galaxiilor, a planetelor si a vietii.

Ceva deci s-a intamplat cu antimateria – un fenomen care a „ucis-o”, lasand la ora actuala in viata doar materia.

Avem dovezi cum ca legile valabile in lumea materiei nu sunt identice cu cele din lumea antimateriei – exista o asimetrie (numita CP violation) care, se crede a dus la disparitia antimateriei.

Primele dovezi experimentale ale acestui interesant fenomen au fost obtinute acum 50 de ani; ulterior multe alte experimente au confirmat, studiind diferenta intre comportamentul unor anumite particule si ale antiparticulelor corespunzatoare, acest fenomen.

Care sa fie insa cauza acestei asimetrii?

O posibile explicatie ar fi legata de bosonul Higgs recent descoperit la CERN de catre experimentele ATLAS si CMS. Bosonul Higgs este dovada mecanismului (mecanismul Higgs) care da masa particulelor din cadrul  Modelului Standard.

Un grup de cercetatori a propus un studiu dedicat dezintegrarii bosonului Higgs in doua particule numite „tau” (particule infratite cu electronii insa avand o masa mult mai mare) si doua jeturi de alte particule. Studiind unghiul dintre cele doua jeturilor de particule va fi posibil sa aflam, sustin cei care au propus aceasta masuratoare (Matthew Dolan at al., Phys. Rev. D, octombrie 2014) daca bosonul Higgs este implicat in disparitia aantimateriei.

Cand anume va fi efectuat experimentul?

Curand, tinand cont ca LHC va reporni in lunile urmatoare dupa doi ani in care au fost efectuate o serie de imbunatatiri. La repornire LHC va functiona la o energie a fasciculelor de protoni care se ciocnesc de circa doua ori mai mare dacat cea care a permis descoperirea bosonului Higgs. Experimentul pentru studiul amintit anterior va fi efectual de catre colaborarea CMS.

Evident, experimentele de la LHC au multe alte obiective pe langa cel de a descoperi daca bosonul Higgs este implicat in disparitia antimateriei. Printre acestea la loc de cinste se numara „vanatoarea de noi particule – asa numitele particule supersimetrice – care ar putea explica misterul materiei intunecate.

Bosonul Higgs ar putea deci explica nu doar originea masei particulelor Modelului Standard (deci inclusiv cea a particulelor care compun atomii din care suntem alcatuiti) dar si disparitia antimateriei din Univers.

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro